Skaitmeninis „Theremin“: bekontaktis muzikos instrumentas: 4 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Šiame eksperimente su „Digital Electronics“aš jums parodysiu, kaip sukurti muziką (artimą jai: P), neliečiant muzikos instrumento, naudojant „Oscillators & Op-amp“. Iš esmės šis instrumentas vadinamas „Theremin“, iš pradžių sukurtas naudojant rusų mokslininko Léono Theremino analoginius prietaisus. Bet mes suprojektuosime tai naudodami IC, kurie generuoja skaitmeninius signalus, o vėliau juos paversime analoginiais muzikai. Taip pat bandysiu paaiškinti kiekvieną grandinės etapą. Tikiuosi, kad jums patiks šis praktinis to, ką studijavote savo kolegijoje, įgyvendinimas.

Aš taip pat sukūriau šią grandinę svetainėje www.tinkercad.com ir atlikau jos komponentų modeliavimą. Galite pamatyti, kaip tai išbandyti ir manipuliuoti, kaip jums patinka, nes ten nėra ko prarasti, tik mokytis ir linksmintis!

1 žingsnis: komponentai

Čia yra visų pagrindinių komponentų, reikalingų šiai grandinei sukurti, sąrašas:

1) MCP602 „OpAmp“(diferencialinis stiprintuvas) x1

2) CD4093 IC (4 NAND vartai IC) x1

3) Rezistoriai: 6x 10k, 1x 5.1k, 1x6.8k & 1x 1.5k

4) Potenciometras: 2x 10k Puodas

5) Kondensatoriai: 2x 100pF, 1x 1nF ir 1x 4,7µF kondensatorius (elektrolitinis)

6) Duonos lenta/PCB plokštė

7) Teleskopinė antena (minimalus reikalavimas: 6 mm skersmens ir 40 cm+ ilgis) ARBA geriau naudoti varinį vamzdį su nurodytais matmenimis, kad būtų geresnis jautrumas

8) Maitinimo DC lizdas (5,5 mm x 2,1 mm) ir garso lizdas (3,5 mm)

9) Kiti komponentai, tokie kaip viela ir litavimo dalys

Pastaba: visus šiuos komponentus galite lengvai rasti „Radio Shack“arba internete „Amazon“/„ebay“. Taip pat atkreipkite dėmesį, kad „Tinkercad“grandinėje „op-amp & Nand“vartai yra skirtingi, tačiau jie taip pat veiks. Vis dėlto, jei jums sunku gauti bet kurį komponentą, praneškite man.

2 žingsnis: Supraskime grandinės darbą

Viršuje galite rasti grandinės išdėstymo vaizdą.

Darbas: iš esmės „theremin“veikia pagal principą, kad iš dviejų skirtingų osciliatorių sukuriame du svyruojančius (sinusinės bangos analogus) signalus. Ir mes iš esmės imame šių dviejų dažnių signalų skirtumą, kad išvesties signalai būtų girdimi garso diapazone (2 Hz – 20 kHz).

* Kaip mums sekasi?

Kaip matote, žemiau NAND vartų (U2B) grandinės yra fiksuotas osciliatorius, o aukščiau pateikta NAND vartų grandinė (U1B) yra kintamo osciliatoriaus grandinė, kurios bendras dažnis šiek tiek skiriasi priklausomai nuo rankos judesio aplink prijungtą anteną! (Kaip?)

* Kaip rankos judesiai aplink anteną keičia osciliatoriaus dažnį?

Paaiškinimas: Tiesą sakant, antena yra prijungta lygiagrečiai su C1 kondensatoriumi. Antena veikia kaip viena iš kondensatoriaus plokštės, o mūsų ranka veikia kaip kita kondensatoriaus plokštės pusė (kuri yra įžeminta per mūsų kūną). Taigi iš esmės mes baigiame papildomą (lygiagrečią) talpinę grandinę ir taip pridedame prie grandinės bendrą talpą. (Kadangi lygiagrečiai pridedami kondensatoriai).

* Kaip virpesiai generuojami naudojant NAND vartus?

Paaiškinimas: Iš pradžių vienas iš NAND vartų įėjimų (pavyzdžiui, U2B) yra AUKŠTAS (1), o kitas įėjimas yra įžemintas per C2 (ty 0). Ir (1 ir 0) deriniui NAND GATE gauname išėjimą HIGH (1).

Dabar, kai išvestis tampa HIGH, tada per grįžtamojo ryšio tinklą iš išvesties (per R3 ir R10) mes gauname HIGH vertę į anksčiau įžemintą įvesties prievadą. Taigi, čia yra tikrasis dalykas. Po grįžtamojo ryšio signalo kondensatorius C2 įkraunamas per R3, o po to mes gauname abu NAND vartų įėjimus HIGH LEVEL (1 ir 1), o abiejų HIGH loginių įėjimų išėjimas yra LOW (0). Taigi, dabar kondensatorius C2 išsikrauna ir vėl vienas iš NAND vartų įvesties yra žemas. Taigi šis ciklas kartojasi ir mes gauname svyravimus. Mes galime valdyti osciliatoriaus dažnį, pakeisdami rezistoriaus ir kondensatoriaus (C2) vertę, nes kondensatoriaus įkrovimo laikas skirsis priklausomai nuo skirtingos talpos, taigi ir svyravimo dažnis. Taip gauname osciliatorių.

* Kaip mes gauname muzikinį (garsinį) dažnį iš aukšto dažnio signalų?

Norėdami gauti girdimą dažnių diapazoną, mes atimame du dažnio signalus vienas nuo kito, kad gautume žemesnio dažnio signalus, kurie yra girdimoje diapazone. Čia mes naudojame „Op-amp“kaip diferencinio stiprintuvo stadijoje. Iš esmės šiame etape jis atima du įvesties signalus, kad gautų sustiprinto skirtumo (f1 - f2) signalą. Taip gauname girdimą dažnį. Vis dėlto norėdami filtruoti nepageidaujamus signalus, triukšmui filtruoti naudojame žemo pralaidumo filtrą.

Pastaba: čia gaunamas išvesties signalas yra labai silpnas, todėl signalui sustiprinti reikia papildomo stiprintuvo. Galite sukurti savo stiprintuvo grandinę arba tiesiog perduoti šios grandinės signalą bet kuriam stiprintuvui.

Tikiuosi, jūs supratote šios grandinės veikimą. Vis dar kyla abejonių? Nesivaržykite paklausti bet kuriuo metu.

3 žingsnis: suprojektuokite grandinę

Pirmiausia suprojektuokite visą grandinę ant duonos lentos ir patikrinkite. Tada suprojektuokite jį tik ant PCB, tinkamai lituodami.

1 pastaba: tai aukšto dažnio grandinė, todėl patartina komponentus laikyti kuo arčiau.

2 pastaba: dėl IC įtampos apribojimų naudokite tik +5 V nuolatinės srovės maitinimo šaltinį (ne aukštesnį).

3 pastaba: Antena yra labai svarbi šioje grandinėje, todėl griežtai laikykitės visų nurodymų.

4 žingsnis: grandinės veikimas ir programinės įrangos modeliavimas

Žiūrėkite grandinės modeliavimą ir jo vaizdo įrašą.

Pridėjau „Multisim“grandinės failą, galite tiesiogiai paleisti grandinę naudodami tai ir sukurti savo bei atlikti manipuliacijas.

Ei, aš taip pat pridėjau „Tinkercad“(www.tinkercad.com/) grandinės nuorodą, taip pat galite suprojektuoti savo grandinę ARBA manipuliuoti mano grandine ir taip pat atlikti grandinės modeliavimą. Sėkmės mokantis ir žaidžiant su juo.

„Tinkercad“grandinės nuoroda:

Tikimės, kad jums tai patiko. Pabandysiu jį dar patobulinti ir netrukus pridėti analoginę versiją bei mikrovaldiklį (naudojant VCO), kuris geriau reaguos į rankų gestų judesius apie anteną. Iki tol mėgaukitės žaidimu su šiuo.

Atnaujinimas: Vaikinai, aš taip pat suprojektavau šį kitą, naudodami LDR ir 555